高貝利特水泥性能研究及應用

喬思曉 陳安亮

(1.南陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南 南陽 473000； 2.北京交通大學，北京 100044)

高貝利特水泥性能研究及應用

喬思曉1陳安亮2

(1.南陽市質量技術監督檢驗測試中心，河南 南陽 473000； 2.北京交通大學，北京 100044)

通過實驗研究了高貝利特水泥的力學性能、比表面積、粒度等性能，并與同標號的普通硅酸鹽水泥的相應性能進行了比較，同時利用X射線衍射儀半定量分析了42.5號高貝利特水泥熟料的化學組成，結果表明高貝利特水泥的物化性能和力學性能滿足我國水泥國標的要求，符合在建設工程中應用的要求。

高貝利特水泥，強度，比表面積，粒度

1 概述

自1824年英國人取得波特蘭水泥專利以來，水泥的發展已經有近200年的歷史[1]。普通硅酸鹽水泥的煅燒溫度高達1 450 ℃左右，二氧化碳排放量大[2]，因此二氧化碳排放量相對較小的高貝利特水泥越來越受到重視。高貝利特水泥燒結溫度比普通硅酸鹽水泥降低100 ℃～200 ℃左右，能耗減少15%左右；二氧化碳排放量減少15%左右，氮氧化物排放降低35%左右[3，4]。因此從保護資源、保護生態環境，提高混凝土工程的耐久性的角度來看，高貝利特水泥有著廣闊的市場前景，就高貝利特水泥的性能進行研究是很有必要的。

2 實驗材料及儀器

高貝利特水泥生料配比見表1。

表1 高貝利特水泥生料配比 %

按表1的配比稱量各原料，使用球磨機研磨4 min左右，使各原料混合均勻。實驗樣品中所用的42.5號普通硅酸鹽水泥為：金隅42.5號硅酸鹽水泥。所用到的主要儀器：馬弗爐，鼓風機，球磨機，砂漿攪拌機，壓力機，X射線衍射儀(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD，激光粒度分析儀。

3 高貝利特水泥的性能

3.1 抗壓、抗折強度

實驗是參照GB/T 17671—1999水泥膠砂強度檢驗方法進行。實驗中測試在1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃不同溫度梯度相同保溫時間下所燒制的高貝利特水泥砂漿試件和42.5號普通硅酸鹽水泥砂漿試件的3 d，7 d，28 d的抗壓和抗折強度。實驗結果見表2，表3。由表2，表3可以看出高貝利特水泥的3 d,7 d抗壓、抗折強度低于42.5號普通硅酸水泥的3 d，7 d抗壓、抗折強度，但是當到了28 d時，高貝利特水泥的抗壓、抗折強度與42.5號普通硅酸鹽水泥的抗壓、抗折強度大小相近，有的甚至還會超過42.5號普通硅酸鹽水泥的強度。其28 d抗壓、抗折強度滿足42.5號普通硅酸鹽水泥的國家標準。分析原因在于高貝利特水泥相對于42.5號普通硅酸鹽水泥含有更多的硅酸二鈣、較少的硅酸三鈣[5]。硅酸二鈣水化活性低，早期強度主要依靠硅酸三鈣的水化活性，而后期硅酸二鈣逐漸反應，其強度也隨之逐漸增加。

表2 高貝利特水泥的抗壓強度

表3 高貝利特水泥的抗折強度

3.2 比表面積

水泥的比表面積是單位質量的水泥粉末所具有的總表面積，以m2/kg表示。通用硅酸鹽水泥，硅酸鹽水泥(P)和普通硅酸鹽水泥(PO)應該用比表面積表示細度。不同溫度梯度煅燒所得的高貝利特水泥及42.5號普通硅酸鹽水泥的細度如表4所示。

表4 不同煅燒溫度下的比表面積

由表4看出，四種不同煅燒溫度下，貝利特水泥的比表面積相差在10 m2/kg以內，因此貝利特的不同燒制溫度對其比表面積的影響并不大。貝利特水泥煅燒溫度低，比表面積大于傳統硅酸鹽水泥熟料的比表面積，進一步驗證了貝利特水泥更易磨細，能耗相對小的結論。

3.3 高貝利特水泥激光粒度分析

運用球磨機和激光粒度分析儀對不同溫度梯度煅燒所得的高貝利特水泥和42.5號普通硅酸鹽水泥進行粒度分析，其粒度見圖1～圖3。

通過干法激光粒度分析儀進行粒度分析，由圖1可以看出P.O42.5硅酸鹽水泥的峰值大概在20 μm～30 μm之間，累積量大于80 μm占到10%以下，符合國家規定的不大于10%的要求。在水泥廠進行粉磨時不僅會向熟料中加入助磨劑，還會有更加專業的儀器進行磨制，因此磨得的水泥研磨很充分也很均勻。從圖2，圖3中可看出高貝利特水泥大部分水泥細度峰值均出現在4 μm左右，滿足水泥細度要求。但是在燒制溫度1 400 ℃時，分析圖顯示峰值出現在30 μm左右，其積累量大于80 μm的量將近30%，說明水泥顆粒有部分細度過大，與理論不符，是試驗中研磨不夠充分所造成的。

3.4 高貝利特水泥的組成分析

本實驗采用X射線衍射儀(XRD)，GIGAKV ULtima IV XRD對不同溫度梯度(1 250 ℃，1 300 ℃，1 350 ℃，1 400 ℃)煅燒所得的高貝利特水泥進行半定量化學組成分析，實驗結果選其1 250 ℃為代表。根據XRD的檢測結果繪制出圖4。從圖4中可明顯看出高貝利特水泥熟料中C2S占總體的90%左右，遠遠超過了C3S的含量。CaO的含量也很低，但因XRD僅僅是經過半定量分析得出粗略數據，并不能確定每種化學成分具體含量。因此，對游離的氧化鈣采用化學法進行更加精確的測試，游離氧化鈣的含量見表5。由表5可以看出，高貝利特水泥中氧化鈣的含量很小，遠低于國家規定的最大值5%。

表5 氧化鈣的含量

4 結語

1)高貝利特水泥前期強度較低，后期強度高，28 d強度可以達到普通硅酸鹽水泥的強度。這主要是高貝利特水泥中C2S的含量很高，并且其水化速度慢的原因。

2)通過相同條件下比表面積的對比，發現高貝利特水泥的比表面積高于同標號的普通硅酸鹽水泥的比表面積，從而驗證了高貝利特水泥更容易研磨的特性。

3)通過干法激光粒度分析儀進行粒度分析，高貝利特水泥大部分水泥細度峰值均出現在4 μm左右，滿足水泥細度要求。

4)根據XRD的檢測結果明顯看出高貝利特水泥中C2S占總體的90%左右，遠遠超過了C3S的含量。高貝利特水泥中氧化鈣的含量很小，遠低于國家規定的最大值5%。

[1] 范 磊.高貝利特水泥高性能混凝土的研究[D].北京：中國建筑材料科學研究院,2003.

[2] 石建屏，李 新，呂淑珍，等.中國水泥工業CO2排放現狀及減排對策[J].環境科學學報，2012,32(8):2028-2033.

[3] 郭隨華，林 震，蘇姣華，等.高貝利特硅酸鹽水泥的水化和漿體結構[J].硅酸鹽學報，2000,28(S1):16-21.

[4] 呂鵬飛，吳 勇.高貝利特水泥(HBC)性能試驗研究與應用[J].人民長江,2010(18):67-70.

[5] 隋同波，劉克忠，王 晶，等.高貝利特水泥的性能研究[J].硅酸鹽學報,1999(4):106-110.

Study on properties of high belite cement

Qiao Sixiao1Chen Anliang2

(1.NanyangQualityTechnologySupervisionTestCenter,Nanyang473000,China; 2.BeijingJiaotongUniversity,Beijing100044,China)

The paper studies the mechanical performance, specific surface area and granularity and other performances of high belite cement with tests, compare its performance with that of similar common portland cement, and half quantitatively analyzes chemical composition of No.42.5 high belite cement clinker with X ray diffracmeter. Results show that: physical and chemical performance of high belite cement meet domestic cement criteria demands and meet construction engineering application demands as well.

high belite cement, strength, specific surface area, granularity

1009-6825(2015)02-0099-03

2014-11-01

喬思曉(1969- )，女，工程師； 陳安亮(1987- )，男，在讀碩士

TU525

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